高光谱遥感、地球化学与同位素方法综合研究烃渗漏引起的岩石异常

一、内容概述很早以前就有人观察到地表油气泄露的现象。

其中一部分直接导致了许多有巨大经济价值的油气田的发现。即便通过地表异常未能探测到大型油气藏，也表明该地区有油气藏存在。过去70多年以来，为了更容易更准确地寻找石油，已经开发了许多种地球物理与地球化学方法。地表矿物与化学成分的细微变化是由于烃类物质与岩石相互作用引起的，因而对未来油气勘查具有指示意义。在油气勘查初期阶段，建立地表岩石改变（这些应当可以通过各种手段检测到）与深部油气藏之间的联系是十分重要的。地表岩石蚀变可通过反射光谱、高光谱、地球化学与同位素方法来进行识别与填图，在划分出蚀变与未蚀变区的同时通过高光谱遥感得到该地区的矿物分布图，了解矿物与化学成分的细微变化，并研究其机制。使用这些方法有许多好处，尤其是在那些偏远的、地面上难以进入因而不好开展野外调查的地区，也能发现油气资源潜力。

二、应用范围及应用实例为了查明烃类物质微渗漏地区是否有特殊的矿物组合，并出现相应的化学成分变化，综合采用了高光谱遥感、地球化学与同位素方法。其中遥感用于对地表岩石蚀变进行填图，地球化学用于研究蚀变过程。研究区选在有Wingate砂岩（蚀变或未蚀变）出露的犹他州里斯本峡谷（Petrovic et al.，2012）。对HyMap高光谱数据采用光谱角填图（SAM）方法划分蚀变与未蚀变露头区的范围，同时对出露岩石的矿物含量进行填图。而光谱特征拟合（SFF）法则用来识别该地区的岩性变化。同时还使用反射光谱、薄片观察、主要元素与次要元素及微量元素分析、稳定碳同位素与氧同位素分析，对漂白的（已蚀变）和未漂白的（未蚀变）的样品进行研究，以便圈出具有类似岩石组成的区域，并识别出那些由于下伏油气藏中的烃渗漏引起的变化区。对那些具有相似结构与颗粒大小，但矿物成分不同的样品作了反射光谱测量。Wingate砂岩有3种类型：

一是红色的未漂白样品，位于背斜西翼中部；二是灰色的漂白样品，来自西南部；三是黄色的漂白样品，来自里斯本峡谷西北部。上述3种类型砂岩的反射光谱曲线被用来对里斯本峡谷地区进行填图，以便表示出不同类型（蚀变、未蚀变）砂岩的出露情况。这3种类型砂岩还作为端元组分，用来对HyMap数据进行分类（图1）。结果表明西南部以蚀变岩石为主，在背斜中部则没有或只有很少的蚀变岩石；红色未蚀变岩石仅出露在背斜中Wingate砂岩露头的中间部分，这与野外观察结果吻合。为了得到矿物分布图，首先从USGS光谱库中选择了特定矿物的光谱曲线，然后跟HyMap反射光谱数据进行对比。因为通过反射光谱学分析已经知道，蚀变和未蚀变Wingate砂岩的主要矿物学区别在于它们具有不同的赤铁矿、方解石与高岭石含量（图2），所以就选择这3种矿物作为分类对象。图1 里斯本峡谷蚀变与未蚀变岩石的光谱角填图分类结果图2 里斯本峡谷地区Wingate砂岩中赤铁矿与高岭石为了揭示该地区的岩性分布，进一步采用光谱特征拟合（SFF）法对HyMap数据进行了处理。同样也选取了赤铁矿、高岭石与方解石3种矿物。根据其USGS光谱反射曲线，选取了覆盖它们的吸收特征的波段区间。赤铁矿光谱吸收发生在0.75 ～1.1μm，高岭石在2.11～2.25μm，方解石在2.25～2.40μm。结果用RGB彩色合成图演示（图3）。图中比较清楚地反映了上述3种矿物在该地区的相对分布。图3 大里斯本峡谷地区Wingate砂岩的光谱特征拟合结果研究结果表明，该地区未蚀变的Wingate砂岩样品赤铁矿和长石含量比漂白的样品高，表现为黏土、方解石和黄铁矿含量较多。有些漂白样品还含有较高浓度的U、Mo，形成于与烃有关的还原性环境，它们与未蚀变样品相比亏损了13 C。根据以上结果，建立了Wingate砂岩内部变化的化学反应模型。由于烃引起的还原性环境使得硫酸根离子（来自于地下水或H2S被氧化）转化成硫化物离子，结果赤铁矿被还原成黄铁矿。从该反应中释放出来的氢离子与岩石中可能存在的长石反应，结果生成了高岭石。这些条件有利于二价碳酸根离子与钙离子（可能来自于地下水）反应，从而在赤铁矿还原和清除后留下的孔隙空间生成了方解石。上述研究表明，地表矿物与化学成分的细微改变确实能起到引导进一步油气勘探的作用。这种模式与相关方法可以运用到世界上其他具有相似地表特征的地区。

三、资料来源Petrovic A，Khan S D，Thurmond A K.2012.Integrated hyper spectral remote sensing，geochemical and isotopic studies for understanding hydrocarbonCinduced rock alterations.Marine and Petroleum Geology，35：292～308